Спосіб проведення конвертерної плавки

Реферат: Спосіб ведення конвертерної плавки включає завалку шихти, продувку ванни через верхню фурму, що переміщується у вертикальному направленні, та накладення на розплав в період продувки низьковольтного електричного потенціалу, що здійснюється за допомогою електричного ланцюга, що включає джерело струму, з'єднувальні кабелі, корпус електроізольованої фурми, струмопровідну вогнетривку футерівку конвертера. Переміщення фурми виконується за показниками ступеня яскравості двох світлових індикаторів з різними електричними опорами, розміщених на додачу до основного електричного ланцюга, при цьому початкове опускання фурми після запалення плавки та формування первинного шлаку з верхнього до робочого положення виконують до моменту вирівнювання ступеня яскравості обох індикаторів, а наступне переміщення фурми у верхньому та нижньому направленнях на необхідну висоту виконують для підтримання однакової яскравості індикаторів до закінчення продувки та припинення подачі струму для накладення електричного потенціалу. UA 82867 U (54) СПОСІБ ПРОВЕДЕННЯ КОНВЕРТЕРНОЇ ПЛАВКИ UA 82867 U UA 82867 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області чорної металургії, в цілому до процесів виплавки сталі з продувкою розплаву киснем через верхню фурму. Відомо спосіб ведення конвертерної плавки, що включає завалку шихтових, продувку ванни киснем через верхню фурму, яка переміщується у вертикальному направленні, та накладання на розплав в період продувки низьковольтного електричного потенціалу, що здійснюється за допомогою електричного ланцюга, який включає джерело струму, з'єднувальні кабелі, корпус електроізольованої фурми і струмопровідну вогнетривку футерівку конвертера [1]. При цьому переміщення фурми з крайнього верхнього в робоче положення здійснюється дискретно за часом або автоматично по заздалегідь встановленому режиму або вручну оператором на основі його досвіду та непрямих ознак, характеризуючих хід плавки (шумовий фон, вид факела, що виходить з конвертера, газів та ін…), але в обох випадках регулювання відбувається без врахування фактичного взаємного положення головки фурми та шару шлаку в кожен конкретний момент часу, оскільки взаємне положення інструментально не фіксується через відсутність відповідних технічних благ. В металургійній літературі, в тому числі в монографії [2], розміщені вказівки на те, що найсприятливішим для покращення показників конвертерної плавки є положення наконечника (головки) фурми в межах товщі прошарку шлаку, тобто нижче верхньої, але вище нижньої його границі. При такому розміщенні знижується рівень викидів пилу з конвертера, підвищується тепловий вміст розплаву та збільшується стійкість футерівки бокових стінок, тобто одночасно вирішуються задачі ресурсо- та енергозбереження, а також покращення екологічних умов процесу. Зниження пило виділення зумовлено фільтраційною взаємодією шлаку, що знаходиться над наконечником фурми. Підвищення температури пов'язано зі збільшенням ефективності допалення СО до СО2 як за рахунок збільшення ступеня допалення, так і забезпечення його безпосередньо в шлаку, що збільшує використання тепла, що виділяється. Основою підвищення стійкості футерівки є екранізуючий вплив шлаку від високотемпературного вогнища надфурменої зони. Ситуація, коли наконечник фурми знаходиться в шлаку, частково має місце в певні періоди плавки завдяки природному процесу підйому шлаку, тривалість якого обмежена періодом інтенсивного зневуглецьовування ванни внаслідок його насичення спливаючими бульбашками СО, тобто коли відбувається "підтоплювання" шлаком, що піднімається вгору, при незмінному положенні фурми. Але тривалість цих періодів становить близько 1/3 тривалості плавки, у зв'язку з цим можливості, зумовлені розміщенням головки фурми в прошарку шлаку, використовуються не повністю, а ефект, що отримується при цьому, значно нижче можливого, оскільки в процесі плавки шлак змінює своє положення і товщу, що виявляється в безперервному переміщенні його верхньої та нижньої границі. Зміна в кращий бік можлива лише при зворотній дії, тобто при цілеспрямованому розміщенні наконечника фурми в шарі шлаку з врахуванням зміни положення останнього. При цьому раціональним є розміщення наконечника на рівні половини висоти шару шлаку. Однак подібний захід до теперішнього часу не застосовувався в світовій металургійній практиці через відсутність способу для його реалізації. Задачею корисної моделі, що пропонується, є забезпечення раціонального положення наконечника фурми по висоті шару шлаку для отримання з одного боку на високому рівні ряду важливих технологічних ефектів, а з другого - для гарантованого виключення контакту наконечника з металевою частиною розплаву, що призводить до прогару фурми та виникнення аварійних ситуацій. Аналогом запропонованої корисної моделі є спосіб, за яким режим переміщення фурми в процесі продувки розраховують за результатами попереднього заміру рівня ванни в спокійному стані, тобто до початку продувки (спосіб Сельсіна). Однак, оскільки в плину плавок положення верхньої та нижньої границь шлаку та його товща безперервно змінюються, даний спосіб, що враховує лише початкове положення верхньої границі розплаву, для цілеспрямованого розміщення головки фурми в шлаку не може бути використаним. Найближчим за технологічною суттю та досягуваним результатом є спосіб переміщення фурми в процесі плавки, що оснований на динамічній інформації про зміну переміщення верхньої границі шлаку, що отримується одним з відомих способів, наприклад, методом радіолокації чи акустичного контролю [3]. При використанні цього способу створюється принципова можливість занурювати наконечник фурми в шлак на невелику глибину, нижче верхньої границі, однак через відсутність інформації про положення нижньої границі та відповідно товщі шару шлаку глибина розміщення не може бути значною, що є основним недоліком способу, що зводить його ефективність до мінімуму та причиною відмови від його використання. 1 UA 82867 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Додатковим недоліком прототипу є необхідність використання спеціального висококоштовного обладнання, наприклад, радіолокаційного а також залежність показників його роботи від ступеня запилення, що змінюється в порожнині конвертера, та наявність бризок шлаку, що піднімаються над рівнем металу, наявність яких також виключає результати замірів. Безпосередньою задачею запропонованої корисної моделі є усунення відмічених недоліків прототипу, забезпечення максимально можливої за умов процесу тривалості розміщення наконечника фурми в шарі шлаку на раціональному рівні та отримання значних за величиною згаданих вище технологічних ефектів, а також ряд інших переваг, таких як підвищення виходу рідкої сталі внаслідок зниження вмісту окислів заліза в шлаку, збільшення стійкості продувальних фурм та скорочення витрат на їх ремонт, забезпечення спокійнішого ходу продувки і т.д. Поставлена задача вирішується тим, що для гарантованого розміщення наконечника фурми на раціональній глибині в межах шару шлаку в період максимально можливого періоду часу пропонується спосіб, призначений для ведення плавки в конвертері з накладенням на розплав низьковольтного електричного потенціалу, що враховує зміну положення шлаку в процесі продувки, який відрізняється тим, що первинне опускання фурми від верхнього, забезпечуючого "запалення" плавки, рівня, та подальше розміщення головки фурми на раціональній висоті по товщі шару шлаку виконують на основі порівняння показників яскравості свічення двох світових індикаторів з різним електричним опором, розміщених на допоміжному електричному ланцюгу, виконаному паралельно основному ланцюгу, що служить для накладення електричного потенціалу, при цьому спочатку опускання фурми виконують до рівня, відповідного вирівнювання яскравості на обох індикаторах, а потім шляхом надання їй обернено-поступових коливань забезпечують підтримання яскравості обох індикаторів на однаковому рівні. Використання запропонованого способу виконується наступним чином. В конвертер виконують завалку металобрухту і завалку рідкого чавуну. Після чого починають подачу кисню та опускання фурми до рівня, що відповідає моменту "запалення" плавки. Одночасно з початком подачі кисню вмикають систему накладення електричного потенціалу, при цьому автоматично підключається допоміжний ланцюг. Оскільки, згідно з законам фізики, сила струму, що протікає в кожному із них, обернено пропорційна їхньому опору, в плину невеликого проміжку часу доти, доки не почалася активна взаємодія кисневого струменя з розплавом, результатом чого є підвищення температури в надфурменій зоні, що супроводжується іонізацією газового проміжку між фурмою та розплавом, на початку протікання струму по основному електричному ланцюгу, струм між фурмою і розплавом не проходить, а протікає лише по допоміжному ланцюгу. В результаті загорається світовий індикатор з вищім електричним опором, оскільки на вході та виході з нього виникає висока напруга, достатня для виникнення свічення. Оскільки напруга (U) прямопропорційна опору (U=I·R, де І - сила струму, R-oпіp елемента) при обраному співвідношенні електричних опорів індикаторів напруга на другому індикаторі зі значно нижчим електричним опором буде недостатньою для виникнення на ньому свічення. Тобто в початковий проміжок плавки один з індикаторів буде світитися якомога яскравіше, а на другому свічення майже не проявлятиметься. Надалі завдяки підвищенню температури в надфурменій зоні повітряний простір між фурмою та розплавом іонізується і в цьому проміжку починає протікати струм, активізуючи роботу основного електричного ланцюга, при цьому починає світитися другий індикатор. Цей момент, через незначну висоту іонізуючого проміжку практично відповідає досяганню головки фурми верхньої границі шлаку. Однак у зв'язку з різним опором індикаторів, свічення другого продовжує бути меншим. При повному контакті фурми зі шлаком при її цілеспрямованому опусканні відбувається помітне розгалуження струму, що надходить від джерела стуму, при цьому певна частина його починає проходити по основному ланцюгу, тобто через фурму, а решта, зменшена в порівнянні з первинною, продовжує проходити по допоміжному ланцюгу. Внаслідок зменшення сили струму падіння напруги на першому індикаторі зменшується, як і яскравість його свічення і починає світитися другий індикатор, на який починає поступати вища напруга. При подальшому опусканні фурми приблизно до рівня ½ висоти шлаку інтенсивність свічення індикаторів при обраному співвідношенні електричних опорів практично вирівнюється, що свідчить про знаходження наконечника фурми в положенні, коли забезпечується значний ефект від цього заходу та одночасно попереджається контакт фурми з металевою частиною розплаву. Оскільки в такому положенні наконечник фурми завдяки регулюванню висоти її положення по ступеню яскравості індикаторів може знаходитись весь останній час тривалості плавки, ефект при цьому буде суттєво збільшуватись в порівнянні зі звичайною практикою. 2 UA 82867 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Якщо ж по можливій причині помилкових дій оператора за подальшим опусканням фурми головка фурми буде значно наближуватись до границі металевої частини розплаву, сила струму, що іде по основному ланцюгу, буде прагнути до величини струму короткого замикання. В результаті свічення першого індикатора знижується до мінімуму, а нижній буде світитися з максимальною інтенсивністю. Це дає знак оператору про те, що треба піднімати фурму, наприклад в ручному режимі, до вирівнювання рівня світимості індикаторів. Проведені досліди з використанням для оцінювання положення головки фурми спеціальних металевих штирів, що прикріплені до корпусу фурми, показали, що підтримання близької інтенсивності яскравості на обох індикаторах забезпечує положення головки фурми в межах 0,4-0,6 висоти шару шлаку, при цьому в рамках цих коливань величина ефектів суттєво перевищує звичайний рівень. Зіставлення запропонованого технічного рішення з прототипом свідчить про можливість комплексного покращення ресурсних, енергетичних та екологічних показників конвертерної плави за рахунок максимально тривалого розміщення головки фурми в шарі шлаку на висоті, що виключає з одного боку ушкодження фурми при контакті з рідкою металевою частиною конвертерної ванни, а з іншого - дозволяє в значній мірі використовувати позитивний вплив шару шлаку, що знаходиться вище рівня головки фурми. Зокрема при проведенні експериментів на промисловому конвертері зафіксовано підвищення температури металу на випуску на 612 °C без зміни шихтовки плавки, зменшення зношування футерівки на 5-7 %, підвищення виходу рідкої сталі на 0,5-1,5 кг/т, зменшення вмісту нітрогену в розплаві на 15-20 % відн. При випробуванні на лабораторному конвертері додатково відмічено зниження рівня пиловиділення в 1,2-1,8 рази в залежності від швидкості формування рідкорухомого шлаку. Як приклад реалізації способу та пристрою для його втілення використовуються дані по 60 т конвертеру одного з металургійних підприємств України. За умовами підприємства були використані індикатори з відношенням опорів 1:5. Розпочинають плавки згідно прийнятої технології з подачі кисню через верхню фурму та з наступним підключенням електричного потенціалу. Після утворення шару шлаку мінімально необхідної величини, що фіксується за видом вихідного з конвертера факела, виконували опускання фурми, орієнтуючись на інтенсивність свічення світлових індикаторів, при цьому початок опускання фурми через відсутність побоювання її виведення з ладу внаслідок прогару від контакту з металом виконували на 1-2 хв. раніше, ніж при звичайній технології, після чого продовжували опускання до появи свічення на другому індикаторі та вирівнювання рівня свічення на обох індикаторах. Весь наступний період плавки, що характеризується безперервною зміною положення границь шлакового шару та його товщі, оператор виконував переміщення фурми вгору чи вниз, домагаючись однакового свічення на обох світлових індикаторах. При цьому візуально відмічалось зниження запиленості факела відхідних з конвертера газів, стабілізація ходу плавки та виключення викидів, а також відсутність випадків підйому шлаку до горловини конвертера. Величина отриманих при цьому ефектів показана вище. Таким чином, запропонований спосіб забезпечує можливість утримування головки фурми в шарі шлаку на раціональній висоті протягом максимально можливого часу та завдяки цьому підвищувати величину основних показників конвертерної плавки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Спосіб ведення конвертерної плавки, що включає завалку шихти, продувку ванни через верхню фурму, що переміщується у вертикальному направленні, та накладання на розплав в період продувки низьковольтного електричного потенціалу, що здійснюється за допомогою електричного ланцюга, що включає джерело струму, з'єднувальні кабелі, корпус електроізольованої фурми, струмопровідну вогнетривку футерівку конвертера, який відрізняється тим, що переміщення фурми виконується за показниками ступеня яскравості двох світлових індикаторів з різними електричними опорами, розміщених на додачу до основного електричного ланцюга, при цьому початкове опускання фурми після запалення плавки та формування первинного шлаку з верхнього до робочого положення виконують до моменту вирівнювання ступеня яскравості обох індикаторів, а наступне переміщення фурми у верхньому та нижньому направленнях на необхідну висоту виконують для підтримання однакової яскравості індикаторів до закінчення продувки та припинення подачі струму для накладення електричного потенціалу. 3 UA 82867 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4